CN113847203B - 一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置，包括桨叶选择模块，用于选择第一桨叶、第二桨叶或第三桨叶中的一个，并向桨叶解锁模块及条件判定模块发送选择结果信息，所述选择结果信息包含指定桨叶的代码；桨叶解锁模块，用于基于所述选择结果信息，将相应桨叶延时预设时间后切换至手动变桨调节模式，并向所述条件判定模块发送延时解锁信息，所述延时解锁信息包含相应桨叶的代码；条件判定模块，用于比对所述选择结果信息和所述延时解锁信息，若代码一致，即切换至手动变桨调节模式；若代码相异，则所述相应桨叶维持自动变桨调节模式。本发明从设计上保证了机组和人员安全，提高了变桨系统运行可靠性和保障了维护人员生命安全。

Description

一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置及方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置及方法。
背景技术
变桨系统安装在风力发电机组的轮毂内部，用于驱动桨叶旋转获取风能，通常在变桨系统的设计上都会增加本地手动功能，以满足单机调试或风场吊装的需要；手动模式下，变桨系统不接受主控的指令，只听从本地手动旋钮的控制。根据载荷计算的结果，同一时刻如果将两只以上的桨叶开出90°安全位置，那么可能导致风轮转动，甚至引发倒塔，影响人员安全。因此手动模式的设计需要考虑手动模式优先级问题、安全性问题，同时还要兼顾吊装过程操作便捷的需求问题。
目前主机厂设计方式大多以下2种：
(1)针对每个桨叶分别设计手动旋钮和强制手动旋钮，手动模式下，变桨与主控通讯正常的情况下，变桨系统将三个桨叶的角度分别回传给主控系统，主控系统通过软件控制变桨系统驱动三个桨叶，只有一个桨叶的角度可以小于90°，另外强制手动旋钮不受任何条件限制；
(2)将其中一个桨叶的手动信号与另外两个桨叶的限位开关状态互相关联，只有另外两个桨叶的91°限位开关触发，即限位开关的常开触点闭合后才能激活当前桨叶的手动功能。
目前的两种方式在手动模式安全切换的设计上有一定的问题，存在优化空间。第一种的问题在于主控系统与变桨系统之间通讯中断后，无法实施保护；第二种的问题在于现场部分操作施工人员如果不了解手动设计的原理，可能存在用扎带去强制触发91°，这样在不可控的情况下，三个桨叶有都离开安全位置的可能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供的一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置及方法，以解决现有风电机组变桨系统手动模式切换方式，缺乏安全性的技术问题。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：
本发明的第一方面，提供一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置，包括：
桨叶选择模块，用于选择第一桨叶、第二桨叶或第三桨叶中的一个，并向桨叶解锁模块及条件判定模块发送选择结果信息，所述选择结果信息包含指定桨叶的代码；
桨叶解锁模块，用于基于所述选择结果信息，将相应桨叶延时预设时间后切换至手动变桨调节模式，并向所述条件判定模块发送延时解锁信息，所述延时解锁信息包含相应桨叶的代码；
条件判定模块，用于比对所述选择结果信息和所述延时解锁信息，若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码一致，待所述预设时间延时结束后，所述相应桨叶即切换至手动变桨调节模式；若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码相异，则所述相应桨叶维持自动变桨调节模式，同时终止所述预设时间的计时并清零，清除所述选择结果信息和延时解锁信息并使所述桨叶选择模块和桨叶解锁模块复位。
可选地，所述桨叶选择模块包括第一桨叶选择单元、第二桨叶选择单元和第三桨叶选择单元；所述桨叶解锁模块包括第一桨叶解锁单元、第二桨叶解锁单元和第三桨叶解锁单元；所述第一桨叶选择单元与第一桨叶解锁单元电连接，所述第二桨叶选择单元与第二桨叶解锁单元电连接，所述第三桨叶选择单元与第三桨叶解锁单元电连接。
可选地，每个所述桨叶解锁单元均对应电连接一个手动变桨调节单元，以用于对该所述桨叶解锁单元对应的桨叶进行正转或反转变桨角度调整。
可选地，所述手动变桨调节单元还电连接有角度限位单元，以用于防止桨叶正转或反转角度超出安全角度范围。
可选地，所述第一桨叶选择单元还与第一阻断单元连接，所述第一阻断单元用于阻止第二桨叶解锁单元和第三桨叶解锁单元的启用；所述第二桨叶选择单元还与第二阻断单元连接，所述第二阻断单元用于阻止第一桨叶解锁单元和第三桨叶解锁单元的启用；所述第三桨叶选择单元还与第三阻断单元连接，所述第三阻断单元用于阻止第一桨叶解锁单元和第二桨叶解锁单元的启用。
可选地，每个所述桨叶选择单元均对应电连接一个第一指示灯，以用于显示该所述桨叶选择单元处于启用状态或停用状态；每个所述桨叶解锁单元均对应电连接一个第二指示灯，以用于显示该所述桨叶解锁单元处于启用状态、延时状态或停用状态。
可选地，所述条件判定模块在接收到所述选择结果信息后即开始计时，如在指定时间内未接收到所述延时解锁信息，则清除所述选择结果信息并使所述桨叶选择模块复位。
本发明的第二方面，提供一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换方法，包括以下步骤；
S1、选择第一桨叶、第二桨叶或第三桨叶中的一个，并输出选择结果信息，所述选择结果信息包含指定桨叶的代码；
S2、基于所述选择结果信息，将相应桨叶延时预设时间后切换至手动变桨调节模式，并输出延时解锁信息，所述延时解锁信息包含相应桨叶的代码；
S3、比对所述选择结果信息和所述延时解锁信息，若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码一致，待所述预设时间延时结束后，所述相应桨叶即切换至手动变桨调节模式；若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码相异，则所述相应桨叶维持自动变桨调节模式，同时终止所述预设时间的计时并清零，清除所述选择结果信息和所述延时解锁信息，之后重复上述步骤S1和步骤S2。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：
本发明提供一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置，包括桨叶选择模块，用于选择第一桨叶、第二桨叶或第三桨叶中的一个，并向桨叶解锁模块及条件判定模块发送选择结果信息，所述选择结果信息包含指定桨叶的代码；桨叶解锁模块，用于基于所述选择结果信息，将相应桨叶延时预设时间后切换至手动变桨调节模式，并向所述条件判定模块发送延时解锁信息，所述延时解锁信息包含相应桨叶的代码；条件判定模块，用于比对所述选择结果信息和所述延时解锁信息，若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码一致，待所述预设时间延时结束后，所述相应桨叶即切换至手动变桨调节模式；若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码相异，则所述相应桨叶维持自动变桨调节模式，同时终止所述预设时间的计时并清零，清除所述选择结果信息和延时解锁信息并使所述桨叶选择模块和桨叶解锁模块复位。本发明从设计上保证了机组和人员安全，使得同一时刻只允许一个桨叶切换手动模式，提高了变桨系统运行可靠性和保障了维护人员生命安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置框图；
图2为一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置的实施例电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
请参阅图1，本发明提供的一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置，包括：
桨叶选择模块，用于选择第一桨叶、第二桨叶或第三桨叶中的一个，并向桨叶解锁模块及条件判定模块发送选择结果信息，所述选择结果信息包含指定桨叶的代码；
桨叶解锁模块，用于基于所述选择结果信息，将相应桨叶延时预设时间后切换至手动变桨调节模式，并向所述条件判定模块发送延时解锁信息，所述延时解锁信息包含相应桨叶的代码；
条件判定模块，用于比对所述选择结果信息和所述延时解锁信息，若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码一致，待所述预设时间延时结束后，所述相应桨叶即切换至手动变桨调节模式；若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码相异，则所述相应桨叶维持自动变桨调节模式，同时终止所述预设时间的计时并清零，清除所述选择结果信息和延时解锁信息并使所述桨叶选择模块和桨叶解锁模块复位。
其中，为防止操作人员误触桨叶选择模块导致其长期处于启用状态，所述条件判定模块在接收到所述选择结果信息后即开始计时，如在指定时间内未接收到所述延时解锁信息，则清除所述选择结果信息并使所述桨叶选择模块复位，以便于操作人员下次手动变桨。为防止操作人员误触桨叶解锁模块导致其长期处于启用状态，以致影响正常手动模式切换，当所述条件判定模块仅接收到所述延时解锁信息时，则清除所述延时解锁信息并使所述桨叶解锁模块复位，以便于操作人员下次手动变桨。以此保证，操作人员每次进行手动变桨操作时，均按操作流程逐步操作，避免因操作流程的错误导致安全问题的发生。
作为对上述方案的进一步改进，所述桨叶选择模块包括第一桨叶选择单元、第二桨叶选择单元和第三桨叶选择单元；所述桨叶解锁模块包括第一桨叶解锁单元、第二桨叶解锁单元和第三桨叶解锁单元；所述第一桨叶选择单元与第一桨叶解锁单元电连接，所述第二桨叶选择单元与第二桨叶解锁单元电连接，所述第三桨叶选择单元与第三桨叶解锁单元电连接。优选地，每个所述桨叶解锁单元均对应电连接一个手动变桨调节单元，以用于对该所述桨叶解锁单元对应的桨叶进行正转或反转变桨角度调整。且，所述手动变桨调节单元还电连接有角度限位单元，以用于防止桨叶正转或反转角度超出安全角度范围。
一个实施例，制作一个开关盒，在开关盒上设置一个带三个位置的选择开关(常开)，一个位置对应一个桨叶；再针对三个桨叶分别设置“手动/自动”旋钮。当第一桨叶对应位置的选择开关闭合，且第一桨叶对应的“手动/自动”旋钮同时闭合接通后，手动信号接通，操作人员即可对第一桨叶进行手动操作；当第一桨叶对应位置的选择开关或第一桨叶对应的“手动/自动”旋钮任意一个未闭合，手动信号失效，第一桨叶维持自动变桨调节模式，回到安全位置，保证了设备和人员安全。正常情况下，同一时刻只允许一个桨叶切换手动模式，提高了变桨系统运行可靠性和保障了维护人员生命安全。请参阅图2，AD1、AD2和AD3分别代表1#、2#、3#桨叶，D6.1代表变桨系统控制器，X2B代表控制器数字量输入接口，驱动器的11脚和1脚代表驱动器上的24V电源，2脚是驱动器的使能接口，只有使能信号接通，驱动器的驱动单元才工作，12脚是手动自动DI信号采集口，14和16分别是正转反转DI信号采集口，12、14、16的功能需要在软件算法中规定。
作为对上述方案的进一步改进，所述第一桨叶选择单元还与第一阻断单元连接，所述第一阻断单元用于阻止第二桨叶解锁单元和第三桨叶解锁单元的启用；所述第二桨叶选择单元还与第二阻断单元连接，所述第二阻断单元用于阻止第一桨叶解锁单元和第三桨叶解锁单元的启用；所述第三桨叶选择单元还与第三阻断单元连接，所述第三阻断单元用于阻止第一桨叶解锁单元和第二桨叶解锁单元的启用。当桨叶选择单元选定待手动变桨桨叶后，通过设置阻断单元，禁止其余两桨叶进入手动模式，避免操作人员误操作。
作为对上述方案的进一步改进，每个所述桨叶选择单元均对应电连接一个第一指示灯，以用于显示该所述桨叶选择单元处于启用状态或停用状态；每个所述桨叶解锁单元均对应电连接一个第二指示灯，以用于显示该所述桨叶解锁单元处于启用状态、延时状态或停用状态。通过设置指示灯，提示并引导操作人员正确地操作开关盒手动变桨。
本发明还提供一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换方法，包括以下步骤；
S1、选择第一桨叶、第二桨叶或第三桨叶中的一个，并输出选择结果信息，所述选择结果信息包含指定桨叶的代码；
S2、基于所述选择结果信息，将相应桨叶延时预设时间后切换至手动变桨调节模式，并输出延时解锁信息，所述延时解锁信息包含相应桨叶的代码；
S3、比对所述选择结果信息和所述延时解锁信息，若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码一致，待所述预设时间延时结束后，所述相应桨叶即切换至手动变桨调节模式；若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码相异，则所述相应桨叶维持自动变桨调节模式，同时终止所述预设时间的计时并清零，清除所述选择结果信息和所述延时解锁信息，之后重复上述步骤S1和步骤S2。
具体地，在步骤S3中，还包括所述条件判定模块在接收到所述选择结果信息后即开始计时，如在指定时间内未接收到所述延时解锁信息，则清除所述选择结果信息并使所述桨叶选择模块复位；当所述条件判定模块仅接收到所述延时解锁信息时，则清除所述延时解锁信息并使所述桨叶解锁模块复位。
本发明从设计上保证了机组和人员安全，使得同一时刻只允许一个桨叶切换手动模式，提高了变桨系统运行可靠性和保障了维护人员生命安全。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置，其特征在于，包括：
桨叶选择模块，包括第一桨叶选择单元、第二桨叶选择单元和第三桨叶选择单元，所述第一桨叶选择单元与第一桨叶解锁单元电连接，所述第二桨叶选择单元与第二桨叶解锁单元电连接，所述第三桨叶选择单元与第三桨叶解锁单元电连接；所述第一桨叶选择单元还与第一阻断单元连接，所述第一阻断单元用于阻止第二桨叶解锁单元和第三桨叶解锁单元的启用；所述第二桨叶选择单元还与第二阻断单元连接，所述第二阻断单元用于阻止第一桨叶解锁单元和第三桨叶解锁单元的启用；所述第三桨叶选择单元还与第三阻断单元连接，所述第三阻断单元用于阻止第一桨叶解锁单元和第二桨叶解锁单元的启用；以用于选择第一桨叶、第二桨叶或第三桨叶中的一个，并向桨叶解锁模块及条件判定模块发送选择结果信息，所述选择结果信息包含指定桨叶的代码；
桨叶解锁模块，包括第一桨叶解锁单元、第二桨叶解锁单元和第三桨叶解锁单元；用于基于所述选择结果信息，将相应桨叶延时预设时间后切换至手动变桨调节模式，并向所述条件判定模块发送延时解锁信息，所述延时解锁信息包含相应桨叶的代码；
条件判定模块，用于比对所述选择结果信息和所述延时解锁信息，若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码一致，待所述预设时间延时结束后，所述相应桨叶即切换至手动变桨调节模式；若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码相异，则所述相应桨叶维持自动变桨调节模式，同时终止所述预设时间的计时并清零，清除所述选择结果信息和延时解锁信息并使所述桨叶选择模块和桨叶解锁模块复位；还用于在接收到所述选择结果信息后即开始计时，如在指定时间内未接收到所述延时解锁信息，则清除所述选择结果信息并使所述桨叶选择模块复位；还用于在仅接收到所述延时解锁信息时，则清除所述延时解锁信息并使所述桨叶解锁模块复位。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置，其特征在于，每个所述桨叶解锁单元均对应电连接一个手动变桨调节单元，以用于对该所述桨叶解锁单元对应的桨叶进行正转或反转变桨角度调整。
3.根据权利要求2所述的一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置，其特征在于，所述手动变桨调节单元还电连接有角度限位单元，以用于防止桨叶正转或反转角度超出安全角度范围。
4.根据权利要求1所述的一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换装置，其特征在于，每个所述桨叶选择单元均对应电连接一个第一指示灯，以用于显示该所述桨叶选择单元处于启用状态或停用状态；每个所述桨叶解锁单元均对应电连接一个第二指示灯，以用于显示该所述桨叶解锁单元处于启用状态、延时状态或停用状态。
5.一种风力发电机组变桨系统手动模式安全切换方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1、选择第一桨叶、第二桨叶或第三桨叶中的一个，并输出选择结果信息，所述选择结果信息包含指定桨叶的代码；
S2、基于所述选择结果信息，将相应桨叶延时预设时间后切换至手动变桨调节模式，并输出延时解锁信息，所述延时解锁信息包含相应桨叶的代码；
S3、比对所述选择结果信息和所述延时解锁信息，若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码一致，待所述预设时间延时结束后，所述相应桨叶即切换至手动变桨调节模式；若所述指定桨叶的代码和所述相应桨叶的代码相异，则所述相应桨叶维持自动变桨调节模式，同时终止所述预设时间的计时并清零，清除所述选择结果信息和所述延时解锁信息；在接收到所述选择结果信息后即开始计时，如在指定时间内未接收到所述延时解锁信息，则清除所述选择结果信息并使桨叶选择模块复位；在仅接收到所述延时解锁信息时，则清除所述延时解锁信息并使桨叶解锁模块复位；之后重复上述步骤S1和步骤S2。
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